متى بدأت الحياة على الأرض وكيف تشكلت؟

هل وجود الحياة على الأرض مجرد ضربة حظ  أم نتيجة حتمية لقوانين الطبيعة؟ هل من السهل أن تظهر الحياة على كوكب حديث التكوين أم أنه نتاج مستحيل فعليًا لسلسلة طويلة من الأحداث غير المتوقعة؟ إن التقدم في مجالات متباينة مثل علم الفلك وعلوم الكواكب والكيمياء يبشر الآن بأن الإجابات على مثل هذه الأسئلة العميقة قد تكون قريبة. إذا تبين أن الحياة ظهرت عدة مرات في مجرتنا ، كما يأمل العلماء في اكتشافها ، فلن يكون الطريق إليها صعبًا للغاية. علاوة على ذلك ، إذا ثبت أن الطريق من الكيمياء إلى علم الأحياء بسيط لاجتيازه ، فقد يكون الكون مليئًا بالحياة.

أثار اكتشاف آلاف الكواكب الخارجية نهضة في دراسات أصل الحياة. في مفاجأة مذهلة ، تبدو جميع الأنظمة الشمسية المكتشفة حديثًا مختلفة تمامًا عن أنظمةنا. هل يعني ذلك شيئًا عن نظامنا الغريب جدًا الذي يفضل ظهور الحياة؟ لن يكون اكتشاف علامات الحياة على كوكب يدور حول نجم بعيد أمرًا سهلاً ، لكن التكنولوجيا الخاصة بإثارة "البصمات الحيوية" الدقيقة تتطور بسرعة كبيرة لدرجة أنه مع الحظ قد نرى حياة بعيدة في غضون عقد أو عقدين.

لفهم كيف يمكن أن تبدأ الحياة ، علينا أولاً معرفة كيف - وما هي المكونات - تتشكل الكواكب. قدم جيل جديد من التلسكوبات الراديوية ، ولا سيما مصفوفة أتاكاما الكبيرة المليمترية / ما دون المليمترية في صحراء أتاكاما في تشيلي ، صورًا جميلة لأقراص الكواكب الأولية وخرائط لتركيبها الكيميائي. تُلهم هذه المعلومات بنماذج أفضل لكيفية تجميع الكواكب من الغبار والغازات الموجودة في القرص. داخل نظامنا الشمسي ، زارت بعثة Rosetta مذنبًا ، وسيقوم OSIRIS-REx بزيارة ، وحتى محاولة إعادة عينات من ، كويكب ، مما قد يمنحنا المخزون الأساسي للمواد التي تجمعت معًا على كوكبنا.

بمجرد أن يتشكل كوكب مثل كوكب الأرض - ليس حارًا جدًا ولا شديد البرودة ، وليس جافًا جدًا ولا شديد الرطوبة - ، ما هي الكيمياء التي يجب أن تتطور لإنتاج اللبنات الأساسية للحياة؟ في الخمسينيات من القرن الماضي ، أثبتت تجربة Miller-Urey الشهيرة ، التي استخدمت مزيجًا من الماء والمواد الكيميائية البسيطة بنبضات كهربائية (لمحاكاة تأثير البرق) ، أن الأحماض الأمينية ، وهي اللبنات الأساسية للبروتينات ، سهلة الصنع. اتضح أن تركيب جزيئات أخرى من الحياة أصعب ، ومن الواضح الآن أننا بحاجة إلى إعادة تصور المسار من الكيمياء إلى الحياة. يتوقف السبب الرئيسي على تعدد استخدامات الحمض النووي الريبي ، وهو جزيء طويل جدًا يلعب العديد من الأدوار الأساسية في جميع أشكال الحياة الحالية. لا يمكن أن يعمل الحمض النووي الريبي فقط مثل الإنزيم ، بل يمكنه أيضًا تخزين المعلومات ونقلها. من اللافت للنظر ، أن كل البروتين في جميع الكائنات الحية يتكون من النشاط التحفيزي لمكون الحمض النووي الريبي في الريبوسوم ، الجهاز الخلوي الذي يقرأ المعلومات الجينية ويصنع جزيئات البروتين. تشير هذه الملاحظة إلى أن الحمض النووي الريبي سيطر على مرحلة مبكرة من تطور الحياة.

اليوم ، يُعد السؤال عن الكيفية التي أدت بها الكيمياء على الأرض الرضيعة إلى ظهور الحمض النووي الريبي والخلايا القائمة على الحمض النووي الريبي هو السؤال المركزي لأبحاث أصل الحياة. يعتقد بعض العلماء أن الحياة استخدمت في الأصل جزيئات أبسط ثم طورت RNA لاحقًا. ومع ذلك ، فإن باحثين آخرين يتعاملون مع أصل الحمض النووي الريبي وجهاً لوجه ، وتحدث أفكار جديدة مثيرة ثورة في هذا البحث الكيميائي الذي كان هادئًا في السابق. تتضمن السيناريوهات الجيوكيميائية المفضلة مناطق بركانية أو فوهات أثرية ، مع كيمياء عضوية معقدة ، ومصادر متعددة للطاقة ، ودورات ديناميكية للضوء الداكن والساخن والبارد والجاف. اللافت للنظر ، أن العديد من المواد الكيميائية الوسيطة في طريقها إلى الحمض النووي الريبي تتبلور من خلائط التفاعل ، وتنقية ذاتيًا ومن المحتمل أن تتراكم على الأرض في وقت مبكر كمعادن عضوية - خزانات المواد التي تنتظر الحياة عندما تتغير الظروف.

بافتراض أن المشكلة الرئيسية قد تم حلها ، سنظل بحاجة إلى فهم كيفية تكرار الحمض النووي الريبي داخل الخلايا البدائية الأولى. بدأ الباحثون للتو في تحديد مصادر الطاقة الكيميائية التي يمكن أن تمكن الحمض النووي الريبي من نسخ نفسه ، ولكن لا يزال هناك الكثير الذي يتعين القيام به. إذا أمكن التغلب على هذه العقبات أيضًا ، فقد نتمكن من بناء خلايا قائمة على الحمض النووي الريبي متضاعفة ومتطورة في المختبر - لتلخيص طريق محتمل لأصل الحياة.

ماذا بعد؟ يتساءل الكيميائيون بالفعل عما إذا كان يمكن إنشاء نوع حياتنا فقط من خلال مسار واحد معقول أو ما إذا كانت الطرق المتعددة قد تؤدي من الكيمياء البسيطة إلى الحياة القائمة على الحمض النووي الريبي وإلى علم الأحياء الحديث. يستكشف آخرون اختلافات في كيمياء الحياة ، ويبحثون عن أدلة على التنوع المحتمل للحياة "الموجودة" في الكون. إذا سارت الأمور على ما يرام ، فسوف نتعلم في النهاية مدى قوة الانتقال من الكيمياء إلى علم الأحياء ، وبالتالي ما إذا كان الكون مليئًا بأشكال الحياة أو - ولكن بالنسبة لنا - عقيمًا.